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5.4 环境因素参与调节植物的生命活动
选择性必修1第5章 植物生命活动的调节
种子萌发后，根向地生长、茎背地生长。如果将幼苗
横过来，茎会弯曲向上生长，根则弯曲向下生长。
1．茎和根的生长是受哪种因素调节的？
2．如果将该幼苗横放在太空中的“天宫二号”内，它
的根、茎可能会怎样生长？为什么？
问题探讨
讨论
重力
横向生长
因为太空中几乎没有重力。
本节聚焦
● 光是怎样调节植物生长发育的？
● 温度、重力等环境因素是怎样参与调节植物生长发育的？
● 植物接受环境因素的调节有什么适应意义？
“问题探讨”中的实例说明，高等植物的生长发育是受
环境因素调节的。光、温度、重力对植物生长发育的调节
作用尤为重要。
思考：
植物的生命活动会受到哪些因素影响？
生命活动调节的普遍模式：
刺激—感应—响应—调节
意义：维持稳态、适应环境
一、光对植物生长发育的调节
光是植物进行光合作用的能量来源。
对于植物来说，光只是起提供能量的作用吗？
思考.讨论
光在植物生长发育的调节
资料1 少数植物（如烟草和莴苣）的种子需要在有光的条件下才能萌发，有些植物（如早熟禾、毛蕊花）的种子在有光条件下萌发得好一些，还有一些植物（如洋葱、番茄）的种子萌发，则受光的抑制。研究发现，萌发需要光的种子一般较小，储藏的营养物质也很少。
结论1：光参与调节许多植物的种子萌发过程
思考.讨论
光在植物生长发育的调节
资料2 豆芽是在黑暗的环境中培育的，它的细胞中不含叶绿素，茎（实际上很大一部分是下胚轴）比在光下要长很多。豆芽一旦见光，就会发生形态变化并长成豆苗。
结论2：光影响植物的颜色和形态建成。
绿豆芽
无光条件
黑豆苗
有光条件
资料3 很多植物的开花与昼夜长短有关。例如，菠菜只有白天长度超过13小时才开花；菊、水稻则要在白天短于一定的时长才开花。当然，也有不少植物的开花与昼夜长短没有关系，如黄瓜、棉花、向日葵等。
思考.讨论
光在植物生长发育的调节
结论3：植物开花与光照时长有关。
短日照植物（多秋季开花）起源于低纬度地区，
而长日照植物（多春末夏初开花）则起源于高纬
度地区。将长日照植物移栽到赤道地区一般很难开花；
将短日照植物移栽在高纬度地区也很难开花。
补充
讨论
1．那些需要光才能萌发的种子是需要光照给种子萌发提供能量吗？
2．从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响？
3．有些植物根据昼夜长短“决定”是否开花，是哪种环境因素在起作用？这与植物激素的分泌有关系吗？
不是
光既促进叶绿素的合成从而使豆苗变成绿色，也会影响豆苗的形态。
有
光照时长(黑暗时长)
4．种子发芽，植株生长、开花接受光的调控，是如何体现植物对环境的适应的？
萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应---萌发后能
立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”；
植株在生长、开花过程中，跟随着光照的节奏，能保证生命活
动正常进行，能保证正常地繁行后代，这也是植物对环境的适应。
在自然界中，种子萌发，植株生长、开花、衰老，等
等，都会受到光的调控。植物的向光性生长，实际上也是
植物对光刺激的反应。光作为一种信号，影响、调控植物
生长、发育的全过程。
光影响植物的生长方向
光敏色素是感光分子
胚芽鞘尖端感光，生长素发生横向运输，生长素分布不均等，
使得尖端以下部位向光侧生长慢，背光侧生长快
胚芽鞘的向光性
相关信息
光敏色素主要吸收红光和远红光。植物体内除了光敏色素，还有感受蓝光的受体。可以认为，环境中的红光、蓝光，对于植物的生长发育来说，是非常关键的。
远红光是红光里波长最长的。
植物能够对光作出反应，表明植物可以感知光信号，
并据此调整生长发育。那么，植物是怎样感受到光照的
呢？科学家研究发现，植物具有能接受光信号的分子，光
敏色素是其中的一种。
光敏色素是一类蛋白质（色素—蛋白复合体），分布
在植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。
在受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化，这一变化
的信息会经过信息传递系统传导到细胞核内，影响特定基
因的表达，从而表现出生物学效应（图5-12）。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
除了光，温度、重力等环境因素也会参与调节植物的生长发育。
温度和重力因素是如何参与植物生命活动的调节的呢？
思考.讨论
温度参与植物生长发育的调节
温带地区，树木年复一年地加粗，构成一圈圈的年轮，表现出季节周期性变化。年轮形成的原因是：在春夏季细胞分裂快、细胞体积大，在树干上形成颜色较浅的带；在秋冬季细胞分裂慢、细胞体积较小，树干上形成颜色较深的带。
思考.讨论
温度参与植物生长发育的调节
热带雨林地区的树木，往往没有年轮
冬小麦
9-10月播种，经过冬天后，来年春天开花夏天结果。
摄于2023.2.1
冬小麦要经历春化作用才能开花
低温诱导促使植物开
花的作用，称为春化作用。
意义：避免在秋季开花。
摄于2023.3.19
思考.讨论
温度参与植物生长发育的调节
讨论
1．树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？
2．有的植物需要经过春化作用才能开花，这对于它们适应所生存的环境有什么意义？
3．关于温度参与调节植物生长发育的实例，你还能举出一些吗？
年轮的形成，是树木生长对一年中不同时期环境温度反应的结果。
这样可以避免出现在冬季来临之前开花而无法正常结果的情况。
温度 随着季节轮回、气温周期性变化，植物发芽、开花、落叶、休眠，生命活动的节奏追随着季节的步伐。随着昼夜交替，气温午高夜低，植物的代谢也会有旺盛和缓慢之分。
植物的所有生理活动都是在一定的温度范围内进行，温度可以通过影响种子萌发、植株生长、开花结果和叶的衰老、脱落等生命活动，从而参与调节植物的生长发育。此外，植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。
重力 重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境
因素。本节“问题探讨”里所提到的植物根向地、茎背地生
长，就是在重力的调节下形成的。那么，植物是如何对“上
下”作出反应的呢？原来，植物的根、茎中具有感受重力的
物质和细胞，可以将重力信号转换成运输生长素的信号，造
成生长素分布的不均衡，从而调节植物的生长方向。
重力影响根的生长方向
原因：
①生长素在近地侧分布多于远地侧
②重力使生长素沉降？
结论：植物根具有向地性
意义：充分扎入土壤吸收物质
根尖的结构
根冠：根尖顶端
分生区：细胞分裂
伸长区：细胞伸长
根毛区：吸收物质
向地性的原因
①根冠存在一种感受重力的分子或结构
②引起生长素的重新分布，分布不均的生长素传递到伸长区后，使根出现向地性
①光敏色素是感光分子
②胚芽鞘尖端感光，生长素发生横向运输，生长素分布不均等，使得尖端以下部位向光侧生长慢，背光侧生长快
胚芽鞘的向光性
根的向地性
旁栏思考
根的向地生长和茎的背地生长有什么意义呢？
根向地生长，可以深扎根，利于吸收水分；
茎背地生长，可以将枝条伸向天空，利于吸收阳光进行光合作用。
淀粉——平衡石
1、淀粉体
2、平衡石细胞
3、淀粉体会随着重力沉降
“淀粉——平衡石”假说感知重力方向的机理
机理：垂直时淀粉体对平衡石细胞底部
内质网压力均等，水平时不均等。
向地性的机理——根尖垂直放置时
向地性的机理——根尖水平放置时
三、植物生长发育的整体调控
课外实践
设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠
已有的研究表明，植物的根是靠根冠中的细胞感受重力，从而引起根的向地生长。真的是这样吗？我们也可以设计实验来进行验证。
为验证到底是否是根冠感受重力，
引起根的向地生长，
应该怎样设计实验组、对照组？
提示：实验可以用刚刚萌发的玉米粒
（实际上是颖果，农业上称为种子）为材料。
为便于观察，可在培养皿中铺上湿棉花，将
刚萌发的玉米粒放在其中培养。
课外实践
设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠
减法原理
处理 预期结果
切去不同长度的根尖端 哪怕仅切掉0.5 mm，根依然失去了向地性
硝酸银灼烧根尖 结果类似
课外实践
设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠
加法原理
处理 预期结果
待切去尖端后的根尖重新长出尖端 恢复向地性
设计实验证明根冠通过某种物质影响伸长区生长
大头针固定蚕豆幼苗，
水平放置90 min
注：通常，从水平放置
到发生弯曲需要几小时
根尖均向下弯曲生长
结论：水平放置时，
根尖产生了某种“指令”
（物质）影响了伸长区生长。
练习与应用
一、概念检测
1．一颗小小的望天树种子可以生长发育成参天大树。判断下列相关表述是否正确。
（1）它的生长发育完全由植物激素控制。（ ）
（2）调控它生长发育的环境因素有光照、温度、重力等。 （ ）
（3）它的生长发育受基因表达的调控。 （ ）
×
√
√
2．请用恰当的方式表示调节植物生长发育的环境因素、植物激素和基因表达的关系。
练习与应用
一、概念检测
练习与应用
二、拓展应用
1．科学家用红光和红外光依次照射的方法，对一批莴苣种子进行处理，然后置于暗处。一段时间后，这些莴苣种子的发芽情况如下表所示。
（1）由上述实验结果可以得出什么结论？
（2）莴苣种子对红光的反应远比红外光敏感，如果经过红光和红外光处理后，将莴苣种子置于自然光下而不是黑暗条件下，莴苣种子的发芽情况会如何？
红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制莴苣种子发芽。
莴苣种子会发芽，因为自然光包含红光和红外光，
莴苣种子对红光更敏感，因此在自然光照射下会发芽。
2．昙花一般夜间开花，受昼夜交替节律的影响。
如果要让昙花白天开花，可尝试采取哪些措施。
练习与应用
二、拓展应用
可尝试进行遮光处理。
科学.技术.社会
调控花期创造美好生活
花开花落、花季易逝，而再待花开有时需要静候一年。落花的无奈，会引发诗人莫名的伤感；守望花开，也成为世人美好的期待。那么，能不能人工调节花期，使得植物按照人的意愿来开花呢？
菊花本在秋天开放，但现在一年四季，你都可以看到色彩斑斓的菊花了，这就是花期调控技术的应用。人工控制花期，可以使得植物提前或延后开花，可以让花卉赶上节日放。这样，既可以满足人们节日期间对花卉的巨大需求，也可以为培育花卉的企业带来可观的收益。
月季花大而艳丽，是很好的园林花卉，但是夏季的高温会影响月季的花芽分化，因此，月季在夏季开的花就比较少。在
科学.技术.社会
调控花期创造美好生活
2008年北京奥运会期间，虽然正值夏季，园林技术人员却有办法让北京城区月季在奥运会期间连续盛开，为北京奥运增色不少。
改变植物的花期，除给人们带来视觉的享受之外，还可让一些水果提前或延后上市，错峰生产，延长人们享受新鲜水果的时间。例如，对火龙果植株进行夜间补光照射，可促使其提前开花。
人工控制花期主要的途径有温度处理、光照处理、生长调节剂处理及栽培措施处理等四种。利用温度调控促进花芽发育或抑制花芽发育等措施，可以起到提早或延迟花期的作用。利用控制光照时间长短、施用植物生长调节剂等措施，也可以达到同样的效果。通过调节花卉的种植期，采用适当的修剪、摘心、水肥控制等措施，也可有效地调控花期。
1．园林工人为使灌木围成的绿篱长得茂密、整齐，需要对绿篱定期修剪，其目的是 （ ）
A．抑制侧芽生长 B．抑制顶端优势
C．抑制向光性生长 D．抑制其开花结果
复习与提高
一、选择题
B
2．用适宜浓度的生长素处理未受粉的番茄雌蕊柱头，可得到无子番茄，这种果实细胞中的染色体数目为 （ ）
A．与卵细胞染色体数目一样
B．是受精卵染色体数目一半
C．与体细胞中染色体数目一样
D．比受精卵染色体数目多一倍
复习与提高
一、选择题
C
3．以下关于植物激素的说法，错误的是（ ）
A．植物激素能促进植物生长
B．植物激素是一类化学物质
C．植物激素在植物体内含量很少
D．植物激素不直接参与细胞内的代谢活动
复习与提高
一、选择题
A
4．果实的生长发育和成熟，受多种激素调节。下列叙述正确的是 （ ）
A．赤霉素促进果实发育
B．乙烯抑制果实的生长和成熟
C．脱落酸促进细胞分裂和果实脱落
D．生长素对果实的发育和成熟没有影响
复习与提高
一、选择题
A
复习与提高
二、非选择题
1.研究人员进行了多种植物激素对豌豆植株侧芽生长影响的实验，结果如图所示。
复习与提高
二、非选择题
（1）在保留顶芽的情况下，除了c所采用的措施，还可通过喷施
等化合物促进侧芽生长。
（2）比较曲线a与b可知，赤霉素能明显促进 。推测：在完整豌豆植株的顶芽中，赤霉素产生于 组织。
（3）据图中信息，推测侧芽生长速度不同的原因是侧芽内 浓度或比例的改变。
赤霉素
侧芽生长
分生
生长素与赤霉素、细胞分裂素
复习与提高
二、非选择题
2．当干旱发生时，植物之间是否会交流信息呢？如果有信息交流，是通过地上信号还是地下信号呢？为了探究这些问题，有研究者设计了如下实验。将11株盆栽豌豆等距排列，6 ~ 11号植株在根部有管子相通，这样在不移动土壤的情况下，化学信息可以通过管子进行交流；1 ~ 6号的根部不联系（如下图）
复习与提高
二、非选择题
用高浓度的甘露醇浇灌（高渗透压，模拟干旱）来刺激6号植株，15 min后，测定所有植株的气孔开放度。对照组是用水浇灌6号植株。结果如下图所示。
复习与提高
二、非选择题
复习与提高
二、非选择题
（1）对照组的实验结果说明了什么？
（2）在干旱条件下，6 ~ 8号植株与9 ~ 11号植株相比，气孔的开放度有什么不一样？
在不受干旱胁迫时，各植株的气孔开放度无明显差异。
6 ~ 8号植株的气孔开放度显著低于9 ~ 11号，且越远离6号的植株
的气孔开放赌越大。
复习与提高
二、非选择题
（3）这些数据支持“当干旱发生时，植物之间会交流信息”这一观点吗？如果会，是通过地上部分还是地下部分交流信息的？
（4）在对6号植株进行干旱诱导后1 h，再次测定所有植株的气孔开放度，发现6 ~11号植株的气孔大多数都关闭了。这是为什么？
支持。
地下部分
对6号植株进行持续1h的干旱胁迫，该植株根部会源源不断地产生胁迫信号，通过地下通路产地给7~11号植株；这些植株根部深知到该信号，作出关闭气孔的响应，以避免散失不必要的水分。

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